高中物理 第4章 波與粒子章末綜合測(cè)評(píng) 魯科版選修3-5
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第4章 波與粒子 (時(shí)間:60分鐘 滿分:100分) 一、選擇題(本題共6小題,每小題6分.在每小題給出的五個(gè)選項(xiàng)中,有三項(xiàng)是符合題目要求的,選對(duì)1個(gè)得3分,選對(duì)2個(gè)得4分,選對(duì)3個(gè)得6分,每選錯(cuò)1個(gè)扣3分,最低得分為0分.) 1.關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型,下列表述正確的有( ) A.U→Th+He是α衰變 B.N+He→O+H是β衰變 C.H+H→He+n是輕核聚變 D.Se→Kr+2e是重核裂變 E.U+n→Ba+Kr+3n是重核裂變 【解析】 據(jù)核反應(yīng)各類型特點(diǎn)可知:A、D項(xiàng)均為衰變,A中放出α粒子,A正確,D錯(cuò)誤.B項(xiàng)為人工轉(zhuǎn)變,B錯(cuò)誤,C項(xiàng)為輕核聚變,E項(xiàng)為重核裂變反應(yīng),C、E正確. 【答案】 ACE 2.下列說(shuō)法中正確的是( ) A.采用物理或化學(xué)方法可以有效地改變放射性元素的半衰期 B.放射性元素的半衰期不會(huì)隨物理或化學(xué)條件的變化而變化 C.約里奧—居里夫人用α粒子轟擊鋁箔發(fā)現(xiàn)了中子 D.原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量大于該原子核的質(zhì)量 E.He+N→O+H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程 【解析】 放射性元素的半衰期由元素的原子核決定,與化學(xué)、物理狀態(tài)無(wú)關(guān),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;由物理學(xué)史可知中子是由查德威克發(fā)現(xiàn)的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;核子結(jié)合成原子核放出核能,因此原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量大于核原子核的質(zhì)量,選項(xiàng)D正確;用α粒子轟擊氮核生成氧核和質(zhì)子是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn),E正確. 【答案】 BDE 3.科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚,再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量,核反應(yīng)方程分別為:X+Y→He+H+4.9 MeV和H+H→He+X+17.6 MeV,下列表述正確的有( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):18850059】 A.X是中子 B.Y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是6 C.兩個(gè)核反應(yīng)都沒(méi)有質(zhì)量虧損 D.氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng) E.兩個(gè)核反應(yīng)都有核能釋放,因此都有質(zhì)量虧損 【解析】 根據(jù)質(zhì)子數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知X是中子,A正確;Y的質(zhì)子數(shù)為3,中子數(shù)為3,B錯(cuò)誤;聚變放出能量,由質(zhì)能方程可知一定有質(zhì)量虧損,該反應(yīng)為核聚變反應(yīng),C錯(cuò)誤,D、E正確. 【答案】 ADE 4.熱核反應(yīng)是一種理想能源的原因是( ) A.輕核聚變比重核裂變時(shí)釋放的能量多 B.對(duì)環(huán)境的放射性污染較裂變輕,且較容易處理 C.熱核反應(yīng)的原料在地球上儲(chǔ)量豐富 D.熱核反應(yīng)的速度容易控制 E.就每個(gè)核子平均釋放的能量來(lái)說(shuō),熱核反應(yīng)比重核裂變時(shí)釋放的能量多 【解析】 不能說(shuō)輕核聚變比重核裂變時(shí)釋放的能量多,但就每個(gè)核子平均釋放的能量來(lái)說(shuō),聚變反應(yīng)平均每個(gè)核子比裂變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量要大3~4倍,且其原料均為氫的同位素,在地球上儲(chǔ)量極為豐富,其放射性污染也較裂變輕.但是,目前只是能夠讓輕核聚變發(fā)生,還不能控制聚變反應(yīng)的速度、和平利用聚變時(shí)釋放的核能,綜上所述,B、C、E正確,A、D錯(cuò)誤. 【答案】 BCE 5.質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為“鏡像核”,例如He是H的“鏡像核”,同樣H也是He的“鏡像核”,則下列說(shuō)法正確的是( ) A.N和O互為“鏡像核” B.N和C互為“鏡像核” C.β衰變的本質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子,同時(shí)放出一個(gè)電子 D.核反應(yīng)H+H→He+n的生成物中有α粒子,該反應(yīng)是α衰變 E.核反應(yīng)H+H→He+n的生成物中雖有α粒子,但該反應(yīng)屬于輕核聚變 【解析】 根據(jù)“鏡像核”的定義,N和C互為“鏡像核”,選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;β衰變的本質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子,同時(shí)放出一個(gè)電子,選項(xiàng)C正確;核反應(yīng)H+H→He+n的生成物中雖有α粒子,但該反應(yīng)是聚變反應(yīng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤,E正確. 【答案】 BCE 6.下列說(shuō)法中正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):18850060】 A.太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的熱核反應(yīng) B.中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大,所以重核裂變要放出能量 C.只要有核反應(yīng)發(fā)生,就一定會(huì)釋放出核能 D.輕核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等,重核中中子數(shù)小于質(zhì)子數(shù) E.輕核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等,重核中中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) 【解析】 太陽(yáng)的能量來(lái)自輕核聚變放出的能量,A正確.中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大,B正確.核反應(yīng)是否釋放能量取決于反應(yīng)前后是否發(fā)生了質(zhì)量虧損,C錯(cuò)誤.隨核子數(shù)增加,若只增加中子,中子與其他核子沒(méi)有庫(kù)侖斥力,但有相互吸引的核力,有助于維系原子核的穩(wěn)定,所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多,D錯(cuò)誤,E正確. 【答案】 ABE 二、非選擇題(本題共5小題,共64分,按題目要求作答) 7.(8分)(2015江蘇高考)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電,U是核電站常用的核燃料.U受一個(gè)中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分,并產(chǎn)生________個(gè)中子.要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積. 【解析】 核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,且該核反應(yīng)方程為:U+n―→Ba+Kr+3n,即產(chǎn)生3個(gè)中子.臨界體積是發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積,要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積. 【答案】 3 大于 8.(12分)同位素原子在許多方面有著廣泛的應(yīng)用,1934年,科學(xué)家在用α粒子轟擊鋁箔時(shí),除探測(cè)到預(yù)料中的中子外,還探測(cè)到了正電子,更意外的是,拿走α放射源時(shí),鋁箔雖不再發(fā)射中子,但仍能繼續(xù)發(fā)射正電子,而且這種放射性隨時(shí)間衰減的規(guī)律跟天然放射性一樣,也有一定的半衰期. (1)寫出α粒子轟擊鋁Al產(chǎn)生中子的核反應(yīng)方程式; (2)上述產(chǎn)生的具有放射性的同位素叫做放射性同位素,寫出其產(chǎn)生正電子的核反應(yīng)方程式; (3)簡(jiǎn)要說(shuō)明放射性同位素的應(yīng)用,并至少舉出兩個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子. 【解析】 (1)Al+He→P+n. (2)P→Si+e. (3)利用射線輻射育種,作為示蹤原子,檢查管道等. 【答案】 見(jiàn)解析 9.(14分)(2016蘇州一中檢測(cè))天文學(xué)家測(cè)得銀河系中氦的含量約為25%.有關(guān)研究表明,宇宙中氦生成的途徑有兩條:一是在宇宙誕生后3分鐘左右生成的;二是在宇宙演化到恒星誕生后,由恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)生成的. (1)把氫核聚變反應(yīng)簡(jiǎn)化為4個(gè)氫核(H)聚變成氦核(He),同時(shí)放出2個(gè)正電子(e)和2個(gè)中微子(νe),請(qǐng)寫出該氫核聚變反應(yīng)的方程,并計(jì)算一次反應(yīng)釋放的能量. (2)研究表明,銀河系的年齡約為t=3.81017 s,每秒銀河系產(chǎn)生的能量約為11037 J(即P=11037 J/s).現(xiàn)假定該能量全部來(lái)自上述氫核聚變反應(yīng),試估算銀河系中氦的含量(最后結(jié)果保留一位有效數(shù)字). (3)根據(jù)你的估算結(jié)果,對(duì)銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷. (可能用到的數(shù)據(jù):銀河系質(zhì)量約為M=31041 kg,原子質(zhì)量單位1 u=1.6610-27 kg,1 u相當(dāng)于1.510-10 J的能量,電子質(zhì)量me=0.000 5 u,氦核質(zhì)量mα=4.002 6 u,氫核質(zhì)量mp=1.007 8 u,中微子νe質(zhì)量為零.) 【解析】 (1)4H→He+2e+2νe Δm=4mp-mα-2me ΔE=Δmc2=4.1410-12 J. (2)m=mα=6.11039 kg 氦的含量k===2%. (3)由估算結(jié)果可知,k=2%遠(yuǎn)小于25%的實(shí)際值,所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的. 【答案】 (1)4H→He+2e+2νe 4.1410-12 J (2)2% (3)銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的 10.(15分)(2015海南高考)運(yùn)動(dòng)的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的質(zhì)量分別是M、m1和m2,真空中的光速為c,α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速.求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動(dòng)能之差以及α粒子的動(dòng)能. 【解析】 設(shè)衰變前原子核X的速度為v0,衰變后放出的α粒子的速度為v,由動(dòng)量守恒有: Mv0=m2v 再由反應(yīng)中能量守恒有 Mv=m2v2-ΔE 由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程有 ΔE=Δmc2 而Δm=M-(m1+m2) 解之有 ΔE=m2v2-Mv=[M-(m1+m2)]c2 =(M-m1-m2)c2 Ekα=m2v2==c2. 【答案】 (M-m1-m2)c2 c2 11.(15分)足夠強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)原來(lái)靜止的氡核Rn,它放射出一個(gè)α粒子后變?yōu)镻o核.假設(shè)放出的α粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直,求: (1)α粒子與Po核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的徑跡圓半徑之比,畫出它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖; (2)α粒子與Po核兩次相遇的時(shí)間間隔與α粒子運(yùn)動(dòng)周期的關(guān)系;(設(shè)質(zhì)子和中子質(zhì)量相等) (3)若某種放射性元素在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向發(fā)生β衰變,則β粒子和反沖核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖與上述α衰變軌跡示意圖有何不同? 【導(dǎo)學(xué)號(hào):18850061】 【解析】 (1)氡核經(jīng)α衰變的核反應(yīng)方程為:Rn→Po+He,衰變的極短過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)量守恒,設(shè)α粒子速度方向?yàn)檎?,則由動(dòng)量守恒定律 0=mαvα-mPovPo,即mαvα=mPovPo α粒子與反沖核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,洛倫茲力提供勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力qvB=,r=∝, 故===,示意圖如圖甲所示. (2)它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T==∝,它們的周期之比為===, 即109Tα=84TPo,這樣α粒子轉(zhuǎn)109圈,Po核轉(zhuǎn)84圈,兩者才相遇.所以,α粒子與Po核兩次相遇的時(shí)間間隔Δt=109Tα. (3)若放射性元素在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向發(fā)生β衰變,則β粒子和反沖衰變過(guò)程仍符合動(dòng)量守恒定律,它們也在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),但由于β粒子帶負(fù)電,反沖核帶正電,它們兩個(gè)衰變時(shí)運(yùn)動(dòng)方向相反,但受的洛倫茲力方向相同,所以它們的軌跡圓是內(nèi)切的,且β粒子的軌跡半徑大于新核的軌跡半徑,其運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖如乙所示. 【答案】 (1)42∶1 見(jiàn)解析 (2)Δt=109Tα (3)見(jiàn)解析- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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